JPH09211443A - カラー投射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 色合成時の光損失が少なく、色バランスの良
い高輝度・高解像度のカラー投射装置を提供すること。 【解決手段】 偏光分離光学系３により偏光分離された
前記第１の偏光成分光を各色成分光に色分離する色分離
光学系５と、色信号に基づき変調を行う第１、第２及び
第３の色信号用液晶ライトバルブ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂと、
第１、第２及び第３の色信号用液晶ライトバルブから出
射される光を色合成する色合成光学系９と、偏光分離光
学系３により偏光分離された第２の偏光成分光を所定の
輝度信号に基づき変調を行う輝度信号用液晶ライトバル
ブ１３と、色合成光学系からの光と前記輝度信号用液晶
ライトバルブから光とを合成する偏光合成光学系１４と
色信号用液晶ライトバルブから出射し前記色合成光学系
へ入射する各色光の偏光方向は、前記色合成光学系を構
成している色合成膜面９Ｒ、９Ｂに対しＳ偏光になるよ
うに構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ライトバルブ
上に形成される画像をスクリーン上に投射するカラー投
射装置に関し、特に複数の色成分用の液晶ライトバルブ
に形成される画像をそれぞれ複数の色成分の照明光で照
明するとともに、これら画像を合成して投射レンズに該
合成像を投射する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光源からの白色光を偏光ビームスプリッ
タにてＰ偏光成分光とＳ偏光成分光とに分け、両偏光成
分とも液晶パネルに入射させ、投射光の輝度を向上させ
ることは既に知られている。例えば、特開平４−１８５
４４号公報の第図１には基本原理としての液晶プロジェ
クタの構成が、また同号公報の第図２には同原理を用い
たフルカラープロジェクターの構成が記載されている。
このフルカラープロジェクターの構成を簡単に説明す
る。光源から出射した光はＰＢＳにて透過するＰ偏光成
分光（公報ではＳ偏光となっているがＰ偏光の誤りであ
ろう）と反射されるＳ偏光成分光とに分離される。分離
されたＰ偏光成分光とＳ偏光成分光は共にダイクロイッ
クミラーにて赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）、青色光
（Ｂ光）に色分離される。それぞれ色分離された光は透
過タイプの液晶パネルにて変調を受け、パネル出射側の
偏光板は入射側に対して直交に配置されている場合には
偏光はＰ偏光成分光はＳ偏光成分光に、Ｓ偏光成分光は
Ｐ偏光成分光に変換される。液晶パネルを出射した各偏
光成分光は合成ダイクロイックミラーにて各偏光毎に合
成され、さらに合成用の偏光ビームスプリッタ（ＰＢ
Ｓ）にて合成され投射レンズにて投射される構造であ
る。

【０００３】しかしながら、この方式は分離用の偏光ビ
ームスプリッタにて分離された一方の偏光成分光を廃棄
する方法に比較して確かに投射像は明るくなるが、液晶
パネルと色分解と色合成のダイクロイックミラーが片方
の偏光成分と同数必要になる上に、解像度を向上させる
ためには、高価な高解像度の液晶パネルを６枚も用意し
なくてはいけなくなる。

【０００４】この他の従来例として、色信号用ライトバ
ルブ３個と輝度信号用ライトバルブ１個を使用する投射
装置が特開平３−２９６０３０号公報に開示されてい
る。図９は、同公報の実施例であり、この従来例につい
て説明する。光源からの光源光を偏光ビームスプリッタ
にて偏光分離し、その一方の透過したＰ偏光成分光をダ
イクロイックミラーからなる色分離光学系で色分離し、
色分離されたＲ、Ｂ、Ｇ色光を各色信号用ライトバルブ
に入射させ、各ライトバルブの色信号によって変調させ
各色ライトバルブから出射させる。他方、もう一方のＳ
偏光成分光を輝度信号用ライトバルブに入射させ、輝度
信号によって変調させて輝度信号用ライトバルブから変
調光として出射させる。色信号変調光を色合成用ダイク
ロイックミラーにて色合成し、前記色合成された光と輝
度信号変調光とを合成用偏光ビームスプリッタで合成し
た後、投射レンズで合成像を投射する装置である。この
装置によれば使用するライトバルブは４個と減らすこと
ができ、輝度信号が色信号に重畳されるため高輝度が達
成でき、さらに輝度用ライトバルブを高解像度のものを
使用することにより高解像度の投射像を得ることができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例には以下に示す問題があった。つまり、従来の投射
装置においては色信号用液晶ライトバルブと輝度信号用
液晶ライトバルブとは同じ大きさ、形状であることが必
要であった。本来的に輝度信号による像と色信号による
像を重畳する方法は色信号による像の解像度は悪くて
も、輝度信号系の像が高解像度であれば、これらを重畳
することにより高解像度でかつ高輝度の投射像を得るこ
とをその目的とするところである。そのためには輝度信
号用液晶ライトバルブは、色信号用液晶ライトバルブよ
り高解像度に作製する必要がある。

【０００６】しかし、作製できる液晶ライトバルブの最
小の画素の大きさには製造上限度があり、高解像度の輝
度信号用ライトバルブを作製するためにはその解像度に
比例して液晶ライトバルブを大きくしなければならな
い。その上、色信号用液晶ライトバルブも輝度信号用液
晶ライトバルブと同じ大きさにする必要があるために必
然的に液晶ライトバルブが大型化することになる。その
結果装置全体も大きくなり、液晶ライトバルブの枚数は
４枚になったとはいえ、コスト高になることが避けられ
なかった。

【０００７】本発明は、色合成時の光損失が少なく、色
バランスの良い高輝度・高解像度のカラー投射装置を提
供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１では、光源からの光を第１の偏
光成分光と第２の偏光成分光とに偏光分離する偏光分離
光学系と、該偏光分離光学系により偏光分離された前記
第１の偏光成分光を第１、第２及び第３の各色成分光に
色分離する色分離光学系と、前記色分離された第１、第
２及び第３の色成分光をそれぞれ所定の色信号に基づき
変調を行う第１、第２及び第３の色信号用液晶ライトバ
ルブと、該第１、第２及び第３の色信号用液晶ライトバ
ルブにより変調されて第１、第２及び第３の色信号用液
晶ライトバルブから出射される光を色合成する色合成光
学系と、前記偏光分離光学系により偏光分離された前記
第２の偏光成分光を所定の輝度信号に基づき変調を行う
輝度信号用液晶ライトバルブと、前記色合成光学系から
の出射光と前記輝度信号用液晶ライトバルブから出射し
た光とを合成する偏光合成光学系と、該偏光合成光学系
からの光をスクリーン上に投射する投射レンズとを有す
るカラー投射装置において、前記色信号用液晶ライトバ
ルブから出射し前記色合成光学系へ入射する各色光の偏
光方向は、前記色合成光学系を構成している色合成膜面
に対しＳ偏光となるように構成した。

【０００９】

【発明の実施の形態】

（第１の発明の実施の形態）次に、図１を参照して、本
発明による第１の実施の形態を説明する。図１は、第１
の実施の形態に係る投射装置の全体構成を説明するため
の斜視図であり、説明を簡単にするためにＸＹＺ座標系
を採用している。

【００１０】図１において、図示なきランプと該ランプ
が第１焦点になるように設けられた楕円鏡とからなる光
源１からの光は、図示なき赤外吸収フィルター及び紫外
吸収フィルターを通過した後、角柱形状の透明光学部材
からなるロッドインテグレータ２の入射面に集光され
る。ロッドインテグレータ２に入射した光は、その内面
にて反射を繰り返して入射面と対向する射出面から射出
される。ここで、射出面には均一の光強度分布を持つ面
光源が形成される。言い換えると、この射出面は、ロッ
ドインテグレータ２の内面反射によってその入射面の位
置に形成される複数の光源の虚像からの光で重畳的に照
明されている。

【００１１】次に、ロッドインテグレータ２の射出面か
らの光は、図中−Ｚ方向に沿って進行し、第１及び第２
照明レンズ１０１，１０２からなる照明用リレー光学系
に入射する。この照明用リレー光学系は、前群としての
焦点距離ｆ１の第１照明レンズ１０１と後群としての焦
点距離ｆ２の第２照明レンズ１０２とが間隔ｆ１＋ｆ２
となるように、すなわち第１照明レンズ１０１の後側焦
点位置と第２照明レンズ１０２の前側焦点位置とが合致
するように構成されている。

【００１２】この照明用リレー光学系の瞳空間、すなわ
ち第１照明レンズ１０１と第２照明レンズ１０２との間
の光路中には、第１偏光ビームスプリッタ３が設けられ
ている。第１偏光ビームスプリッタ３に入射する第１照
明レンズ１０１からの光のうち、偏光ビームスプリッタ
３に対してＰ偏光成分（振動方向が図中±Ｙ方向の直線
偏光）となる第１偏光成分は、この偏光ビームスプリッ
タ３を通過した後、その射出側に配置された１／２波長
板４を通過して偏光方向が９０度回転した状態の偏光成
分（振動方向が図中±Ｘ方向の直線偏光）で第２照明レ
ンズに入射する。

【００１３】照明用レンズ１０２を通過した直線偏光光
は、Ｒ光反射ダイクロイックミラー５ＲとＢ光反射ダイ
クロイックミラー５ＢをＸ型に組み合わせたクロスダイ
クロイックミラー５に入射する。ここで、Ｒ成分光はＲ
光反射ダイクロイックミラー５Ｒにて図中−Ｘ方向へ向
けて反射され、Ｂ成分光はＢ光反射ダイクロイックミラ
ー５Ｂにて図中＋Ｘ方向へ向けて反射される。そして、
Ｇ成分光はＲ光反射ダイクロイックミラー５Ｒ及びＢ光
反射ダイクロイックミラー５Ｂを透過して図中−Ｚ方向
へ進行する。

【００１４】クロスダイクロイックミラー５によって分
離されたＲ成分光、Ｇ成分光及びＢ成分光の光路におけ
る第２照明用レンズ１０２の後側焦点位置には、ロッド
インテグレータ２の射出面の像が、各色成分光ごとに形
成される。クロスダイクロイックミラー５によって−Ｘ
方向へ向けて反射されたＲ成分光は、Ｇ成分光と同様
に、第２照明用レンズ１０２から光路長ｆ２だけ離れた
位置に、ロッドインテグレータ２の射出面のＲ成分光に
よる像を形成する。この像からのＲ成分光は、折曲げミ
ラー６Ｒにて反射されて図中−Ｙ方向に沿って進行す
る。その後、Ｒ成分光は、レンズ１０３Ｒを通過した後
に折曲げミラー７Ｒにて反射されて、図中＋Ｚ方向に偏
向されてレンズ１０４Ｒを通過する。ここで、レンズ１
０３Ｒ及び１０４Ｒは、Ｒ光用リレー光学系を構成し、
焦点距離ｆ２のレンズ１０３Ｒと焦点距離ｆ１のレンズ
１０４Ｒとが間隔ｆ１＋ｆ２となるように、すなわちレ
ンズ１０３Ｒの後側焦点とレンズ１０４Ｒの前側焦点と
が合致するように配置される。 このＲ光用リレー光学
系からのＲ成分光は、＋Ｘ方向に沿って進行し、色信号
用ライトバルブとしてのＲ光用液晶ライトバルブ８Ｒに
達する。このＲ光用液晶ライトバルブ８Ｒは、Ｒ光用リ
レー光学系から間隔ｆ１だけ離れて配置されており、こ
こには、ロッドインテグレータ２の射出面のＲ光成分に
よる像が形成される。

【００１５】また、クロスダイクロイックミラー５にて
反射されたＢ成分光は、Ｇ成分光と同様に、第２照明用
レンズ１０２から光路長ｆ２だけ離れた位置に、ロッド
インテグレータ２の射出面のＢ成分光による像を形成す
る。この像からのＢ成分光は、折曲げミラー６Ｂにて反
射されて図中−Ｙ方向に沿って進行する。その後、Ｂ成
分光は、レンズ１０３Ｂを通過した後に折曲げミラー７
Ｂにて反射されて、図中＋Ｚ方向に偏向されてレンズ１
０４Ｂを通過する。ここで、レンズ１０３Ｂ及び１０４
Ｂは、Ｂ光用リレー光学系を構成し、焦点距離ｆ２のレ
ンズ１０３Ｂと焦点距離ｆ１のレンズ１０４Ｂとが間隔
ｆ１＋ｆ２となるように、すなわちレンズ１０３Ｂの後
側焦点とレンズ１０４Ｂの前側焦点とが合致するように
配置される。

【００１６】このＢ光用リレー光学系からのＢ成分光
は、＋Ｘ方向に沿って進行し、色信号用ライトバルブと
してのＢ光用液晶ライトバルブ８Ｂに達する。このＢ光
用液晶ライトバルブ８Ｂは、Ｂ光用リレー光学系から間
隔ｆ１だけ離れて配置されており、ここには、ロッドイ
ンテグレータ２の射出面のＢ光成分による像が形成され
る。 このように、各色用液晶ライトバルブ上には、均
一な光強度分布を持つロッドインテグレータ２の射出面
の像が形成される。すなわち、各色用液晶ライトバルブ
は、均一な面光源によってクリティカル照明される。ま
た、第１の実施の形態においては、照明用リレー光学系
１０１，１０２はロッドインテグレータ２の射出面の像
をｆ２／ｆ１倍で形成し、各色用リレー光学系は、この
像をｆ１／ｆ２倍で各液晶ライトバルブ上に再結像す
る。すなわち、各液晶ライトバルブ上には、ロッドイン
テグレータ２の射出面の等倍像を形成する。このよう
に、第１の実施の形態においては、ロッドインテグレー
タ２の射出面と各色用液晶ライトバルブとが共役な配置
であり、その倍率関係も等倍であるため、角柱形状のロ
ッドインテグレータ２の射出面を各液晶ライトバルブの
画像表示面と同一サイズ・同一形状となるようにその縦
横サイズを定めている。

【００１７】なお、第１の実施の形態による投射装置に
おいて、Ｒ光用リレー光学系のレンズ１０３Ｒと、Ｇ光
用リレー光学系のレンズ１０３Ｇと、Ｂ光用リレー光学
系のレンズ１０３Ｂとは、焦点距離ｆ２の同一なレンズ
であり、Ｒ光用リレー光学系のレンズ１０４Ｒと、Ｇ光
用リレー光学系のレンズ１０４Ｇと、Ｂ光用リレー光学
系のレンズ１０４Ｂとは、焦点距離ｆ１の同一なレンズ
である。また、色分離光学系であるクロスダイクロイッ
クミラー５から各色用液晶ライトバルブ８Ｒ，８Ｂ，８
Ｇまでの光路長はそれぞれ実質的に同一である。

【００１８】ここで、これらの各色用液晶ライトバルブ
８Ｒ，８Ｂ，８Ｇは、各色信号によりスイッチングされ
ることにより、その上に各色信号に応じた画像を形成す
る、すなわち各色用液晶ライトバルブを通過する光に対
して変調をかけるものである。 さて、各色用液晶ライ
トバルブ８Ｒ，８Ｂ，８Ｇの射出側には、Ｒ光反射ダイ
クロイック膜９ＲとＢ光反射ダイクロイック膜９Ｂとが
Ｘ型になるように４つの直角プリズムを組み合わせたク
ロスダイクロイックプリズム９が設けられている。Ｇ光
用液晶ライトバルブ８Ｇにより変調されたＧ成分光は、
図中＋Ｚ方向へ向けて進行し、Ｒ光反射ダイクロイック
膜９ＲとＢ光反射ダイクロイック膜９Ｂとを透過する。
また、Ｒ光用液晶ライトバルブ８Ｒにより変調された
Ｒ成分光は、図中＋Ｘ方向へ向けて進行し、Ｒ光反射ダ
イクロイック膜９Ｒにて＋Ｚ方向へ向けて反射され、Ｂ
光用液晶ライトバルブ８Ｂにより変調されたＢ成分光
は、図中−Ｘ方向へ向けて進行し、Ｂ光反射ダイクロイ
ック膜９Ｂにて＋Ｚ方向へ向けて反射される。すなわ
ち、クロスダイクロイックミラー５によって、３方向
（Ｒ成分光は＋Ｘ方向、Ｇ成分光は−Ｚ方向、Ｂ成分光
は−Ｘ方向）に分離された各色成分光は、各液晶ライト
バルブを通過した後、上記３方向とは逆向き（Ｒ成分光
は−Ｘ方向、Ｇ成分光は＋Ｚ方向、Ｂ成分光は＋Ｘ方
向）にクロスダイクロイックプリズム９に入射して、ク
ロスダイクロイックミラー５への入射方向（−Ｚ方向）
とは逆向き（＋Ｚ方向）でクロスダイクロイックプリズ
ム９から各色成分光が合成されて射出される。このと
き、Ｒ光用液晶ライトバルブ８ＲからのＲ成分光は±Ｙ
方向に振動する直線偏光光であり、Ｂ光用液晶ライトバ
ルブ８ＢからのＢ成分光は±Ｙ方向に振動する直線偏光
光であり、Ｇ光用液晶ライトバルブ８ＧからのＧ成分光
は±Ｙ方向に振動する直線偏光光である。このように、
第１の実施の形態では、偏光ビームスプリッタ３とクロ
スダイクロイックミラー５との間に１／２波長板４を設
けているため、各色液晶ライトバルブからの直線偏光光
をクロスダイクロイックプリズム９の各ダイクロイック
膜９Ｒ，９Ｂに対してＳ偏光とすることができ、各ダイ
クロイック膜９Ｒ，９Ｂの分光特性を良好にすることが
できる。

【００１９】図７及び図８は、色合成光学系に用いられ
るダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー９の
分光透過率特性の一例を示した。Ｂ光の基準中心波長４
５８ｎｍで設計されたものを示してある。図７は、色合
成光学系としてダイクロイックプリズムを用いた場合の
ダイクロイック膜の分光透過率特性である。ダイクロイ
ックプリズム９は、４個の直角プリズムの直角を挟む面
にＲ光用とＢ光用ダイクロイック膜９Ｒ，９Ｂがそれぞ
れ形成され、光学接着剤でそれら４つの直角プリズムを
貼り合わせた構成となっている。ダイクロイック膜は高
屈折率物質と低屈折率物質との交互に積層した多層膜構
成となっており、ガラス基体面上に蒸着やスパッタリン
グなどにより形成される。本発明の実施の形態では、高
屈折率物質として二酸化チタン（屈折率２.３８）と低
屈折率物質として二酸化珪素（屈折率１.４７）とを用
い、Ｂ光の基準中心波長４５８ｎｍで膜設計され、積層
数は２９層である。また、ガラス基体はＢＳＣ７相当の
ガラス（屈折率１.５２）を用いている。ダイクロイッ
ク膜の膜面法線に対して入射角４５度で入射する際の透
過（反射）特性を示す。縦軸は透過率を横軸は波長を示
している。この結果からＰ偏光が入射した時は反射する
波長帯域がＳ偏光に比較して非常に狭い帯域となってい
ることがわかる。

【００２０】また、図８は、色合成光学系としてダイク
ロイックミラーを用いた場合のダイクロイック膜の分光
透過率特性結果である。ダイクロイック膜は、１ｍｍ厚
みの板ガラス上に図７と同じ物質組合わせで層数２０層
を多層膜形成した。その結果、Ｐ偏光とＳ偏光の各々の
透過率すなわち反射率特性の違いを示した図であり、Ｐ
偏光とＳ偏光の反射帯域の差があることがわかる。この
ようにダイクロイック膜に入射する光をダイクロイック
膜面に対してＳ偏光とすることにより色合成時の光損失
を少なくすることができる。本実施の形態では、Ｂ光の
分光透過率特性を示したが、Ｒ光及びＧ光についても同
様なことがいえることは明かである。

【００２１】このクロスダイクロイックプリズム９の射
出側（＋Ｚ方向側）には、合成光用リレー光学系１０５
が設けられており、この合成用リレー光学系１０５を通
過した光は、＋Ｚ方向に沿って進行し、折曲げミラー１
０にて進行方向を変え、＋Ｙ方向へ向けて進行し、各色
用液晶ライトバルブ８Ｒ，８Ｂ，８Ｇの像を同じ位置に
形成する、すなわち合成用リレー光学系によって、各色
用液晶ライトバルブ８Ｒ，８Ｂ，８Ｇの合成像が形成さ
れる。

【００２２】さて、偏光ビームスプリッタ３にて反射さ
れた第２偏光成分（振動方向が図中±Ｘ方向の直線偏
光）は、図中−Ｙ方向に沿って進行し、焦点距離ｆ２の
第３照明用レンズ１０６を通過した後、折曲げミラー１
２にて図中＋Ｚ方向へ向けて反射される。ここで、第３
照明用レンズ１０６は、第１照明用レンズ１０１との光
路長がｆ１＋ｆ２となるように、すなわち第１照明用レ
ンズ１０１の後側焦点位置と第３照明用レンズ１０６の
前側焦点位置とが合致するように配置されている。そし
て、第３照明用レンズ１０６の後側焦点位置には、輝度
信号用ライトバルブ１３が配置されている。

【００２３】ここで、輝度信号用ライトバルブ１３にロ
ッドインテグレータ２の像を形成する輝度信号用リレー
光学系は、前群としての照明用リレー光学系の第１照明
レンズ１０１と、後群としての輝度信号用リレー光学系
の第３照明レンズ１０６とから構成されており、照明用
リレー光学系と輝度信号用リレー光学系とで第１照明レ
ンズ１０１を共用している。ここで、第１の実施の形態
に係る投射装置では、照明用リレー光学系の第２照明レ
ンズ１０２と輝度信号用リレー光学系の第３照明レンズ
１０６とは、同一なレンズを用いている。

【００２４】この輝度信号用ライトバルブ１３は、構造
的には上述の色信号用ライトバルブ８Ｒ，８Ｂ，８Ｇと
同様であるが、その大きさが色信号用ライトバルブ８
Ｒ，８Ｂ，８Ｇよりも大きく、かつ画素の数も多くなる
ように構成されている。上記のリレー光学系１０１，１
０６によって、輝度信号用ライトバルブ１３上には、ロ
ッドインテグレータ２の射出面の拡大像が形成される。
このとき、輝度信号用ライトバルブ１３上の拡大像の倍
率は、ｆ２／ｆ１倍で与えられる。従って、第１乃至第
３照明用レンズの焦点距離並びに各色用リレー光学系の
レンズの焦点距離ｆ１，ｆ２は、輝度信号用ライトバル
ブ１３と各色用液晶ライトバルブ８Ｒ，８Ｂ，８Ｇとの
大きさの比によって定めれば良い。

【００２５】輝度信号用ライトバルブ１３の射出側（＋
Ｚ方向側）には、合成光学系としての偏光ビームスプリ
ッタ１４が配置されている。輝度信号用ライトバルブ１
３から射出される光は、図中±Ｙ方向の振動方向を持つ
直線偏光光であり、偏光ビームスプリッタ１３に対して
Ｐ偏光であるため、この光は偏光ビームスプリッタ１３
を透過して、その射出側に位置する投射レンズ１０７へ
入射する。

【００２６】一方、合成用リレー光学系１０５によって
形成された合成像からは、図中±Ｚ方向の振動方向を持
つ直線偏光光が＋Ｙ方向に沿って進行する。この直線偏
光光は、１／２波長板１１を通過して偏光方向が９０度
回転して±Ｘ方向となり、偏光ビームスプリッタ２３へ
入射する。この光は、偏光ビームスプリッタ１３に対し
てＳ偏光となるため、ここで反射されて図中＋Ｚ方向に
沿って進行し、投射レンズ１０７へ入射する。ここで、
輝度信号用ライトバルブ１３と合成像とは投射レンズ１
０７に関して互いに共役な位置にある。

【００２７】この投射レンズ１０７は、図示なき開口絞
りを有し、この開口絞りよりも偏光ビームスプリッタ１
３側に位置するレンズ群の後側焦点（開口絞り側を後側
とする）位置に開口絞りを配置する構成である。この開
口絞りによって投射装置の光学系の主光線が定まり、偏
光ビームスプリッタ１３と投射レンズ系１０７との間の
光路において主光線が光軸と平行になる。すなわち、こ
の投射レンズ系１０７は、偏光ビームスプリッタ１３側
にテレセントリックな光学系である。

【００２８】図１に示すように、第１の実施の形態に係
る投射装置では、ロッドインテグレータ２の射出面と照
明用レンズ１０１との間の光路、照明用レンズ１０２と
Ｇ光用リレーレンズのレンズ１０３Ｇとの間の光路、Ｇ
光用リレーレンズのレンズ１０４Ｇと合成用リレー光学
系のレンズ１０５‘との間の光路、合成用リレー光学系
のレンズ１０５“と投射レンズ１０７との間の光路及び
第３照明レンズ１０６と投射レンズ１０７との間の光路
において、投射レンズ系１０７の開口絞りによって決定
される主光線が光軸と平行になる。

【００２９】このように、第１の実施の形態に係る投射
装置では、色分離光学系としてのクロスダイクロイック
ミラー５と、色合成光学系としてのクロスダイクロイッ
クプリズム９と、偏光合成光学系としての偏光ビームス
プリッタ１４とが共に、主光線が光軸と平行な位置、す
なわち主光線がテレセントリック性を維持している位置
に設けられているため、色分分離及び色合成光学系並び
に合成光学系の角度特性によるシェーディングが発生し
ない利点がある。

【００３０】なお、第１の実施の形態に係る投射装置に
おいては、偏光分離光学系としての偏光ビームスプリッ
タ３がテレセントリックが維持されていない位置に設け
られているが、この偏光ビームスプリッタ３においては
スクリーン上のカラーシェーディング及び投射像のコン
トラストムラに対する影響をほとんど与えないため、問
題はない。

【００３１】また、第１の実施の形態に係る投射装置で
は、照明用リレー光学系の第１照明レンズ１０１と各色
用リレー光学系のレンズ１０４Ｒ，１０４Ｇ，１０４Ｂ
とを焦点距離ｆ１の同一種のレンズで構成し、照明用リ
レー光学系の第２照明レンズ１０２、輝度信号用リレー
光学系の第３照明レンズ１０６及び各色用リレーレンズ
のレンズ１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂを焦点距離ｆ２
の同一種のレンズで構成している。このように、照明用
リレー光学系、輝度信号用リレー光学系及び各色用リレ
ー光学系を構成するレンズの共通化を図っているため、
コストの低減が可能となっている。

【００３２】なお、第１の実施の形態においては、図示
なきスクリーン上で各色用液晶ライトバルブの像及び輝
度信号用液晶ライトバルブの像が合成された状態で形成
されるが、スクリーン上での像の方向が各色成分光ごと
にそろうように各色用液晶ライトバルブ及び輝度信号用
液晶ライトバルブを駆動することは言うまでもない。な
お、図１に示した第１の実施の形態に係る投射装置で
は、合成用リレー光学系１０５を２つのレンズ群からな
るものとして説明したが、その代わりに、例えばクロス
ダイクロイックプリズム９の射出側近傍（＋Ｚ方向側）
に配置されるフィールドレンズと、合成像近傍に配置さ
れるフィールドレンズと、これら２つのフィールドレン
ズの間に配置される正屈折力のレンズ群とから構成して
も良い。

【００３３】さらに、図１の第１の実施の形態では、１
／２波長板は偏光分離光学系としての偏光ビームスプリ
ッタ３と色分離合成系としてのダイクロイックミラー５
との間の光路中と、色合成系光学系としてのダイクロイ
ックプリズムと偏光合成系としての偏光ビームスプリッ
タ１４との間の光路中とにそれぞれ１枚ずつ計２枚を配
置してある。１／２波長板は、この位置に限定されるも
のではなく、例えば、偏光ビームスプリッタの後の波長
板の代わりに色分離後、各色毎にたとえば各色用液晶ラ
イトバルブ直前に各色毎に配置してもよい。

【００３４】また、偏光合成光学系１４の前に配置され
た１／２波長板は、偏光合成光学系としての偏光ビーム
スプリッタと色合成光学系としてのダイクロイックプリ
ズムとの間の光路中であればよい。例えば、色合成光学
系の出射直後等であってもよい。偏光ビームスプリッタ
と色合成光学系としてのダイクロイックプリズムの間の
光路中に一枚、または、各色毎に一枚づつ三枚と三色合
成ダイクロイックプリズムと偏光合成光学系としての偏
光ビームスプリッタとの間の光路中にに１枚配置すれば
よい。また、１／２波長板４，１１としては、シートタ
イプの１／２波長板を用いることもでき、この場合に
は、偏光ビームスプリッタ３，１４及びダイクロイック
プリズム９などのプリズム部材の表面上に設ければ良
い。

【００３５】また、図１の例では、第１及び第２照明用
レンズ１０１，１０２によって照明用リレー光学系を構
成しているが、その代わりに、２つのフィールドレンズ
で挟まれた正屈折力のレンズ群で構成しても良い。この
場合、偏光ビームスプリッタ３をクロスダイクロイック
ミラー５側のフィールドレンズと正屈折力のレンズ群と
の間に配置するときには、偏光ビームスプリッタ３及び
４の間の光路中に、上記フィールドレンズと同じものを
配置する。また、偏光ビームスプリッタ３を正屈折力の
レンズ群とロッドインテグレータ２との間の光路中に配
置するときには、偏光ビームスプリッタ３及び１４の間
の光路中に、上記正屈折力のレンズ群並びに上記フィー
ルドレンズと同じものを配置すれば良い。

【００３６】また、上述の第１の実施の形態では、ロッ
ドインテグレータを用いたが、その代わりに、フライア
イレンズを適用しても良い。さらに、光源としてランプ
と楕円鏡とを用いる代わりに、ランプと放物面鏡、球面
鏡とを用いることもできる。なお、第１の実施の形態で
は、投射レンズ系の開口絞りによって主光線を定めてい
るが、その代わりに／それに加えて、投射レンズ系の開
口絞り相当位置と共役な位置に開口絞りを設けても良い
ことは言うまでもない。例えば、第１の実施の形態で
は、第１照明レンズ１０１と第２照明レンズ１０２との
間及び／又は各色用リレー光学系のレンズ１０３Ｒ，１
０３Ｇ，１０３Ｂと折曲げミラー５Ｒ，５Ｇ，５Ｂとの
間における投射レンズ系１０５の開口絞り相当位置と共
役な位置に設ければ良い。

【００３７】また、色分離光学系としてもクロスダイク
ロイックミラーの他にクロスダイクロイックプリズムを
使用しても良いことは言うまでもない。本発明により、
三色合成光学系において色合成による光損失が少なく、
光量バランスが崩れなることがなく、更に輝度信号用ラ
イトバルブにより変調された高解像度の輝度信号変調光
を、色信号による三色合成投射光に重畳することによ
り、高輝度で解像度が高い投射装置が提供できる。 （第２の発明の実施の形態）図２は、第２の発明の実施
の形態の構成を説明するための斜視図である。図２にお
いて第１の実施の形態の図１と同じ部材は同じ記号を使
用した。第２の発明の実施の形態では、偏光分離光学系
で分離され、偏光ビームスプリッタに対してＳ偏光成分
光が第１偏光成分であり、偏光ビームスプリッタに対し
Ｐ偏光成分光が第２偏光成分となる点が、第１の実施の
形態と異なり、それにともない１／２波長板の配置が異
なった構成となっている。

【００３８】光源からの光を偏光分離光学系としての偏
光ビームスプリッタにより、２つの偏光成分に分離さ
れ、偏光ビームスプリッタに対してＳ偏光成分（振動方
向が図中±Ｘ方向の直線偏光）となる第１偏光成分は、
この偏光ビームスプリッタ３を通過した後、その射出側
に配置された照明リレー光学系１０２を介し、図中−Ｚ
方向へ進行し色分離光学系としてのダイクロイックミラ
ー５に入射する。

【００３９】１／２波長板は、偏光ビームスプリッタ３
とクロスダイクロイックミラー５の間には配置する必要
はない。ダイクロイックミラー６によって色分離された
Ｒ成分光は図中−Ｘ方向に向けて反射され、Ｂ成分光は
図中＋Ｘ方向へと反射される。また、Ｇ成分光はダイク
ロイックミラーを透過し図中−Ｚ方向へ進行する。ここ
では、各色成分光のうちＢ成分光について説明する。図
中＋Ｘ方向に反射されたＢ成分光は折曲げミラー６Ｂに
て反射され図中−Ｙ方向に沿って進行する。その後Ｂ色
成分光は、Ｂ光用リレー光学系１０３Ｂを通過し、折り
曲げミラー７ＢによりＢ色用液晶ライトバルブ８Ｂのあ
る−Ｘ方向へと反射される。この時、Ｂ成分光は±Ｚ方
向に振動する直線偏光光となっている。Ｂ色用液晶ライ
トバルブにて変調されたＢ色成分光は、図中−Ｘ方向へ
向けて進行し、色合成光学系としてのダイクロイックプ
リズム中のＢ色光用ダイクロイック膜６Ｂにて＋Ｚ方向
へと反射される。このとき、Ｂ色成分光は±Ｙ方向に振
動する直線偏光光となっている。

【００４０】また、Ｒ色成分光及びＧ色成分光もダイク
ロイックミラーにて色分離され、それぞれの色成分光
は、各液晶ライトバルブを通過した後クロスダイクロイ
ックプリズムに入射する。そのとき、Ｒ色成分光及びＧ
色成分光も±Ｙ方向に振動する直線偏光光となってい
る。色合成光学系から射出され＋Ｚ方向に進行する合成
光は、リレー光学系１０５を介し折曲げミラー１０にて
＋Ｙ方向に進行方向を変え、１／２波長板に入射する。
この１／２波長板により偏光方向を９０度回転した状態
の偏光成分で偏光ビームスプリタ１４に入射する。

【００４１】なお、偏光ビームスプリッタに対してＰ偏
光成分（振動方向が図中±Ｚ方向の直線偏光）となる第
２偏光成分は、この偏光ビームスプリッタ３を通過した
後、その射出側に配置された照明リレー光学系１０６を
介し図中−Ｙ方向に進行し、折曲げミラーにて輝度信号
用ライトバルブ１３のある＋Ｚ方向へ向けて反射され
る。その後輝度信号用ライトバル１３により変調された
光は、輝度信号用ライトバルブ１３の射出側に配置され
た１／２波長板により偏光方向を９０度回転した状態の
偏光成分で偏光合成するための偏光ビームスプリッタ１
４に入射する。

【００４２】このように、色合成光学系と偏光合成光学
系との間の光路中に１／２波長板を配置することによ
り、少ない枚数の波長板で、各色液晶ライトバルブから
の直線偏光光をクロスダイクロイックプリズム９の各ダ
イクロイック膜９Ｒ、９Ｂに対してＳ偏光とすることが
できる。第２の実施の態様でも第１の実施の態様と同様
に各ダイクロイック膜９Ｒ，９Ｂの分光特性を良好にす
ることができ、色合成時に各色成分光の一部が透過して
損失することはない。 （第３の発明の実施の形態）図３は、第３の発明の実施
の形態の構成を説明するための斜視図である。図３にお
いて第１の実施の形態の図１と同じ部材は同じ記号を使
用した。第３の発明の実施の形態では、偏光分離光学系
で分離され、偏光ビームスプリッタに対してＰ偏光成分
光が第１偏光成分であり、偏光ビームスプリッタから色
合成光学系までの光路配置は、偏光分離光学系としての
偏光ビームスプリッタと色分離合成光学系との間の光路
に１／２波長板を配置している構成である。従って、本
実施の態様では、この間の構成は、図１の第１の実施の
態様と同じであるので詳細の説明は省く。色合成光学系
を射出した±Ｙ方向に振動する直線偏光光は、リレー光
学系１０５を通過し、図中＋Ｚ方向にある偏光合成光学
系１４に対してＰ偏光成分光として合成され、＋Ｚ方向
にある投射レンズ１０７に射出される。

【００４３】一方偏光分離光学系３にて分離された第２
偏光成分光（振動方向は図中±Ｘ方向の直線偏光）は、
１／２波長板により偏光方向が９０度回転した状態の偏
光成分（振動方向は図中±Ｚ方向の直線偏光）で照明リ
レー光学系を通過し、輝度信号用液晶ライトバルブに入
射する。輝度信用液晶ライトバルブにて変調され、偏光
方向が９０度回転し、偏光合成光学系１４に対してＳ偏
光（振動方向が±Ｘ方向の直線偏光）として合成され、
＋方向にある投射レンズ１０７に射出される。

【００４４】この構成においても色合成ダイクロイック
プリズムへの入射光は該プリズムのダイクロイック膜面
に対してＳ偏光として入射されるため、反射特性の向上
が図れ、第１及び第２の実施の態様と同様な効果が期待
できる。 （第４の発明の実施の形態）図４は、第４の発明の実施
の形態の構成を説明するための斜視図である。図４にお
いて第１の実施の形態の図１と同じ部材は同じ記号を使
用した。本発明の実施の形態は、光源からの光を偏光分
離光学系３にて偏光分離された第１偏光光が、偏光ビー
ムスプリッタに対してＳ偏光成分光として図中−Ｚ方向
にある色分離光学系へ射出され、第２の偏光光が−Ｙ方
向にある輝度信号用液晶ライトバルブへと透過される構
成とした例である。この実施の形態の場合には基本的に
１／２波長板は必要がない。

【００４５】偏光分離光学系３にて偏光分離された第１
偏光光は、−Ｚ方向にある色分離光学系５によりＲ，
Ｇ、Ｂ光の各成分光に分離され各色用液晶ライトバルブ
へと入射し変調される。各色用ライトバルブにより偏光
方向が９０度回転された状態で色合成光学系としてダイ
クロイックプリズム９のダイクロイック膜面に対してＳ
偏光（振動方向は±Ｚ方）となり、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色成分
光は合成され、＋Ｚ方向にある偏光合成光学系へと射出
する。その後、色合成光はそのまま偏光合成光学として
の偏光ビームスプリッタに対してはＰ偏光として合成さ
れる。そのため偏光変換の必要はない。

【００４６】一方、偏光分離光学系３を透過した第２偏
光（振動方向は±Ｚ方向）は、輝度信号用ライトバルブ
１３にて変調され、偏光方向が９０度回転した状態（振
動方向は±Ｘ方向）の偏光成分で偏光合成光学系１４に
て合成される。 （第５の発明の実施の形態）図５は、第５の発明の実施
の形態の構成を説明するための斜視図である。図５にお
いて第１の実施の形態の図１と同じ部材は同じ記号を使
用した。本発明の実施の形態は、光源からの光を偏光分
離面をＺ軸を中心として９０度回転させた配置してある
偏光分離光学系３にて偏光分離され、第１偏光光は、偏
光ビームスプリッタに対してＰ偏光成分光（振動方向は
±Ｘ方向）として図中−Ｚ方向にある色分離光学系へ射
出される。色分離光学系にてＲ色、Ｇ色，Ｂ色の各色成
分光は、三方向に色分離され、各色光用ライトバルブに
て変調され、色合成光学系へと入射する。そのとき、各
色成分光の振動方向は図中±Ｙ方向となり、色合成光は
＋Ｚ方向へと射出し、リレー光学系１０５を通過し、１
／２波長板１１にて偏光方向を９０度回転した状態の偏
光成分で偏光合成光学系１４へと入射し、偏光合成光学
系に対してＰ偏光（振動方向は±Ｘ方向）となり、図中
＋Ｚ方向にある投射レンズ１０７へと射出する。

【００４７】第２の偏光光は、＋Ｘ方向にある１／２波
長板により偏光方向を９０度回転し状態（振動方向は±
Ｚ方向）で照明用リレー光学系１０８、折曲げミラー１
２’、１２’’を介して、図中−Ｘ方向にある輝度信号
用液晶ライトバルブへと入射される。輝度信号用ライト
バルブにより変調され、偏光方向は９０度回転し、振動
方向は図中±Ｙ方向となり偏光合成光学系に入射し、図
中＋Ｚ方向にある投射レンズ１０７へと反射される。

【００４８】このように、色合成光学系としてのクロス
ダイクロイックプリズム９のダイクロイックプリズム膜
面にＳ偏光として入射し、色合成する。 （第６の発明の実施の形態）図６は、第６の発明の実施
の形態の構成を説明するための斜視図である。図６にお
いて第１の実施の形態の図１と同じ部材は同じ記号を使
用した。本発明の実施の形態は、光源からの光を偏光分
離面をＺ軸を中心として９０度回転させた配置してある
偏光分離光学系３にて偏光分離され、第１偏光光は、偏
光ビームスプリッタに対してＳ偏光成分光（振動方向は
±Ｚ方向）として図中−Ｚ方向にある１／２波長板４に
て偏光方向を９０度回転した状態の偏光成分（振動方向
は±Ｘ方向）でリレー光学系１０２を通過し、色分離光
学系へ射出される。色分離光学系にてＲ色、Ｇ色，Ｂ色
の各色成分光は、三方向に色分離され、各色光用ライト
バルブにて変調され、色合成光学系へと入射する。その
とき、各色成分光の振動方向は図中±Ｙ方向となり、色
合成光は＋Ｚ方向へと射出し、リレー光学系１０５を通
過し、１／２波長板１１にて偏光方向を９０度回転した
状態の偏光成分で偏光合成光学系１４へと入射し、偏光
合成光学系に対してＰ偏光（振動方向は±Ｘ方向）とな
り、図中＋Ｚ方向にある投射レンズ１０７へと射出す
る。

【００４９】第２の偏光光は、＋Ｘ方向にある照明用リ
レー光学系１０８、折曲げミラー１２’、１２’’を介
して、図中−Ｘ方向にある輝度信号用液晶ライトバルブ
へと入射される。輝度信号用ライトバルブ１３により変
調され、偏光方向は９０度回転し、振動方向は図中±Ｙ
方向となり偏光合成光学系に入射し、図中＋Ｚ方向にあ
る投射レンズ１０７へと反射される。

【００５０】このように、色合成光学系としてのクロス
ダイクロイックプリズム９のダイクロイックプリズム膜
面にＳ偏光として入射し、色合成する。偏光合成光学系
１４から投射レンズに射出される光はその方向に限定さ
れるものではない。

【００５１】

【発明の効果】輝度信号用の高解像度の大型ライトバル
ブとこれより小型の低解像度の色信号用ライトバルブを
使用することができるようになり、高解像度と高輝度の
投射像を投射することができることの他に、小型ライト
バルブ化によるコスト低減が図れる上に、色合成光学系
において色合成時が光損失なく有効に実施することがで
きることから、明るく色バランスの良い投射像が投射で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の発明の実施の形態を説明する斜
視構成図。

【図２】本発明の第２の発明の実施の形態を説明する斜
視構成図。

【図３】本発明の第３の発明の実施の形態を説明する斜
視構成図。

【図４】本発明の第４の発明の実施の形態を説明する斜
視構成図。

【図５】本発明の第５の発明の実施の形態を説明する斜
視構成図。

【図６】本発明の第６の発明の実施の形態を説明する斜
視構成図。

【図７】クロスダイクロイックプリズムの分光透過率特
性図。

【図８】クロスダイクロイックミラーの分光透過率特性
図。

【図９】従来例を説明する図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ ロッドインテグレータ ３ 偏光分離光学系（分離用偏光ビームスプリッタ） ４ １１ １／２波長板 ５ 色分離光学系（クロスダイクロイックミラー） ５Ｒ Ｒ光反射ダイクロイックミラー ５Ｂ Ｂ光反射ダイクロイックミラー ６Ｒ、６Ｂ、６Ｇ、７Ｒ、７Ｂ、７Ｇ、１０、１２
折曲げミラー ８Ｒ、８Ｂ、８Ｇ 色信号用ライトバルブ ９ 色合成光学系（色合成用ダイクロイックプリズ
ム） １３ 輝度信号用ライトバルブ １４ 偏光合成光学系（合成用偏光ビームスプリッ
タ） １０１、１０２ 照明レンズ １０３Ｒ、１０３Ｂ、１０３Ｇ 照明レンズ １０４Ｒ、１０４Ｂ、１０４Ｇ 照明レンズ １０５ リレーレンズ １０７ 投射レンズ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を第１の偏光成分光と第２の
   偏光成分光とに偏光分離する偏光分離光学系と、該偏光
   分離光学系により偏光分離された前記第１の偏光成分光
   を第１、第２及び第３の各色成分光に色分離する色分離
   光学系と、前記色分離された第１、第２及び第３の色成
   分光をそれぞれ所定の色信号に基づき変調を行う第１、
   第２及び第３の色信号用液晶ライトバルブと、該第１、
   第２及び第３の色信号用液晶ライトバルブにより変調さ
   れて第１、第２及び第３の色信号用液晶ライトバルブか
   ら出射される光を色合成する色合成光学系と、前記偏光
   分離光学系により偏光分離された前記第２の偏光成分光
   を所定の輝度信号に基づき変調を行う輝度信号用液晶ラ
   イトバルブと、前記色合成光学系からの出射光と前記輝
   度信号用液晶ライトバルブから出射した光とを合成する
   偏光合成光学系と、該偏光合成光学系からの光をスクリ
   ーン上に投射する投射レンズとを有するカラー投射装置
   において、 前記色信号用液晶ライトバルブから出射し前記色合成光
   学系へ入射する各色光の偏光方向は、前記色合成光学系
   を構成している色合成膜面に対しＳ偏光であることを特
   徴とするカラー投射装置。
2. 【請求項２】 前記色分離光学系及び前記色合成光学系
   がクロスダイクロイックミラーまたはクロスダイクロイ
   ックプリズムにて構成され、前記色分離光学系と前記色
   合成光学系の各ダイクロイック膜面を実質的に同一平面
   内に配置したことを特徴とする請求項１記載のカラー投
   射装置。
3. 【請求項３】 前記偏光分離光学系と前記色分離光学系
   との間の光路中に１／２波長板を１枚配置し、かつ前記
   色合成光学系と前記偏光合成光学系との間の光路中に１
   ／２波長板を１枚配置したことを特徴とする請求項１及
   び２記載のカラー投射装置。
4. 【請求項４】 前記色分離光学系と前記色合成光学系と
   の間の光路中に各色光毎に１／２波長板を１枚ずつ配置
   し、かつ前記色合成光学系と前記偏光合成光学系との間
   の光路中にに１／２波長板を１枚配置したことを特徴と
   する請求項１及び２記載のカラー投射装置。
5. 【請求項５】 前記偏光分離光学系と前記色分離光学系
   との間の光路中に１／２波長板を１枚配置し、かつ前記
   色合成光学系と前記偏光合成光学系との間の光路中に１
   ／２波長板を１枚配置したことを特徴とする請求項１及
   び２記載のカラー投射装置。
6. 【請求項６】 前記色分離光学系と前記色合成光学系と
   の間の光路中に各色光毎に１／２波長板を１枚ずつ配置
   し、かつ前記色合成光学系と前記偏光合成光学系との間
   の光路中に１／２波長板を１枚配置したことを特徴とす
   る請求項１及び２記載のカラー投射装置。
7. 【請求項７】 前記偏光分離光学系と前記偏光合成光学
   系との間の光路中に１／２波長板を１枚配置し、かつ前
   記色合成光学系と前記偏光合成光学系との間の光路中に
   １／２波長板を１枚配置したことを特徴とするカラー投
   射装置。